Carbono, nitrogênio e razões isotópicas O13C e O15N no solo e vegetação de estágios sucessionais de Floresta Ombrófila Densa Submontana

Orientador : Prof. Dr. Renato MarquesCoorientadora : Profa. Dra. Marisa de Cássia PiccoloTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa: Curitiba, 26/06/2009Inclui bibliografiaÁrea de concentração : Conservação da naturezaEste trabalho faz parte do Projeto SOLOBIOMA com estudos focados na ciclagem biogeoquímica dos nutrientes e na diversidade e função da biota do solo em diversos ambientes representativos do mosaico vegetacional que é a Mata Atlântica no Paraná. Conhecer a dinâmica do carbono e do nitrogênio nestes ambientes tem sido um dos objetivos destes estudos. Para desvendar as complexas interações entre uso da terra, diversidade biológica, biogeoquímica e estrutura funcional dos ecossistemas faz-se necessário o emprego de técnicas analíticas apropriadas. Novas e inovadoras abordagens estão sendo aplicadas para ajudar a entender esta complexidade. Entre as metodologias analíticas, a Espectrometria de Massa da Razão Isotópica (EMRI) é uma ferramenta poderosa. Pequenas variações na abundância natural de isótopos de carbono (13C) e nitrogênio (15N) nos ecossistemas podem ser precisamente medidas e relacionadas com mudanças na vegetação. O objetivo deste trabalho foi determinar a abundância natural de 13C e 15N na vegetação, solo e serapilheira em uma cronoseqüência pastagem-floresta no ecossistema da Floresta Ombrófila Densa Submontana, no litoral do estado do Paraná. A cronoseqüência consistiu em três repetições das seguintes fases sucessionais: pastagem em uso (P), floresta nos estádios de regeneração herbáceoarbustivo (H), inicial arbóreo (A), estádio médio (M) e floresta em estádio avançado (F), perfazendo 15 parcelas de estudo. Foram escolhidas as cinco espécies com maior IVIa em cada estádio sucessional e as espécies leguminosas que ocorressem, sob Cambissolo. A coleta do material vegetal (folhas) foi realizada durante o mês de janeiro de 2008 e as amostras de solo e serapilheira nos meses de junho e julho de 2007. Em cada parcela foram coletadas três amostras compostas de solo nas profundidades 0-5, 5-10, 10-20, 20-40 e 40-100 cm; e 15 amostras aleatórias e serapilheira fina, utilizando um coletor com 25 x 25 cm. Na fase sucessional P, a produção de material vegetal de plantas C4 causou uma variação no sinal isotópico que permitiu evidenciar a contribuição destas plantas para a matéria orgânica do solo. Porém, alguns anos após o abandono da pastagem, os valores de ?13C voltaram a ficar mais próximos daqueles produzidos pela vegetação florestal. As fases H, A e M mostraram valores de ?15N significativamente inferiores às fases P e F, principalmente na camada superficial do solo, indicando que a entrada de N atmosférico ocorreu para suprir a demanda de N no sistema. A determinação do ?15N se mostrou importante ferramenta na discriminação das fontes de N usadas pelas plantas e quando feita em amostras de serapilheira e solo possibilita a avaliação da eficiência da ciclagem nas diferentes fases da sucessão. A principal fonte de N para as plantas é o N da matéria orgânica do solo, mas o aumento da demanda de N pelo incremento na biomassa (fase A) parece resultar na utilização de outra fonte suplementar (N atmosférico), para que seja possível manter o desenvolvimento da sucessão vegetal. A FBN desenvolve um papel importante no suprimento de N durante o processo de sucessão vegetal secundária após o abandono das áreas utilizadas como pastagem não sendo mais significativa num estádio primário de desenvolvimento da Floresta Ombrófila Densa Submontana.This work is part of the SOLOBIOMA project, focused on the biogeochemistry cycle of nutrients and diversity and function of the soil biota in a chronosequence of sites, from pasture to old growth forest, in the Southern Atlantic Forest of Brazil. The understanding of the carbon and nitrogen dynamics is one of the project's aims. To know the complexes interactions between land use, biological diversity, biogeochemistry and functional structure of ecosystems we need to employ adequate analytical techniques. The use of the Isotopic Ratio Mass Spectrometry (IRMS) is one of the powerfull techniques employed to help the understanding of these interactions. Small variations of the C and N isotopic natural abundance in the ecosystems can be measured with great precision, being these variations related to changes in the vegetation community. The aim of this work was to measure the natural abundance of 13C and 15N in the vegetation, soil and litter in a pasture-forest chronosequence in a Southern Brazilian Atlantic Forest. The chronosequence consisted in three repetitions of thefollowing vegetation communities: Pasture (P), Herbaceous Forest (H), Initial Arboreal Forest (A), Medium Forest (M) and Old Growth Forest (F), amounting to 15 study areas. The species selection in each stage of the chronosequense was made according the Importance Value Adjusted Index (IVIa), being chosen the five species with the greatest IVIa in each sucessional stage and the leguminous species occurring in the plot. The collection of the vegetal material (leaves) was carried out during January of 2008. Soil and litter samples were collected in June and July of 2007. In each plot were collected 15 composite soil samples at 0-5, 5-10, 10-20, 20-40 and 40-100 cm of depth, and 15 random litter samples using a square collector with 25 x 25 cm. In the P plots the presence of C4 plants changed the isotopic C constitution allowing to identify the contribution of these plants to the soil organic matter. But some years after the abandon of the pasture the ?13C values became again closest to that of the forest vegetation. The stages H, A and M showed lower values of ?15N when compared to stages P and F in the superficial layer of the soil, indicating that N supply from atmosphere was occurring as a demand of the system. The ?15N determination in the leaves showed to be a useful tool to discriminate the N sources to plants, and to evaluate the N cycling in the ecosystem when measured on soil and litter samples. The main N source to plants is the soil organic matter but competition between plants and the rising of the N demand direct then to use a suplementar source (N from atmosphere) to maintain the development of the forest succession. The biological N fixation plays an important role, after the pasture abandon, but it stays only until the reaching of the forest climax when this is not more relevant